層序地層格架約束下的淺水三角洲沉積特征及其潛力研究

張振杰，宋洪亮，王欣然，張國浩，顏冠山

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

黃河口凹陷作為渤海海域最重要的含油氣區(qū)之一，圍繞著該區(qū)域周邊在中深層地層發(fā)現(xiàn)了一系列構造圈閉油氣藏。隨著勘探的不斷深入，近年來在淺層明化鎮(zhèn)組下段陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些低幅構造背景下的構造-巖性以及巖性油氣藏并取得了一些認識[1-3]。本文以黃河口凹陷B油田為例，在層序地層格架約束下對該區(qū)的沉積砂體發(fā)育特征開展研究，同時結合區(qū)域油氣成藏規(guī)律以及已鉆含油氣砂體的地震響應特征，采用多種方法實現(xiàn)了對研究區(qū)潛力砂體的識別與精細刻畫。實鉆結果顯示，本方法能夠較好地指導本區(qū)的油氣勘探，同時為黃河口凹陷類似油田的勘探開發(fā)提供借鑒。

1 地質概況

研究區(qū)位于渤海南部海域，為發(fā)育于黃河口凹陷西北洼、渤南低凸起西段南界大斷層下降盤的一個復雜斷塊，區(qū)域成藏位置十分有利。主力含油層系為新近系明化鎮(zhèn)組下段，沉積類型為淺水三角洲沉積，巖性主要為中—細粒巖屑長石砂巖，具有高孔高滲的特征。油田內部油氣分布具有明顯的分區(qū)性，具有典型的“一砂一藏”特征，油藏類型主要為構造-巖性油氣藏，其次為巖性油氣藏(見圖1)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構造位置及含油氣面積疊合圖

2 層序地層格架研究及沉積砂體發(fā)育特征

2.1 高分辨率層序地層研究

高分辨率層序地層的分析首先是進行同時代地層和界面的對比，而基準面旋回的轉換面是進行時間地層對比的優(yōu)選位置，具體表現(xiàn)為2種類型：(1)基準面由下降到上升的轉換面，即層序界面，通常表現(xiàn)為不同成因和產出規(guī)模的構造不整合面、侵蝕沖刷面、沉積相或巖相轉換面。(2)基準面由上升到下降的轉換面，即洪泛面，在地層對比中具有重要的等時對比意義[4]。

根據(jù)對研究區(qū)鉆井取心、錄井和測井資料分析，同時結合井震標定結果，從明下段地層中識別的基準面旋回主要有：(1)明下段底部與館陶組頂部的巖相轉換面，錄井上明下段巖性整體為粉-細砂巖區(qū)別于館陶組頂部的中細粒含礫砂巖，測井上受黏土礦物影響明下段底部GR值較館陶組頂部明顯偏高，另外地震上館陶組頂面為一套弱振幅弱連續(xù)地震反射底界面，總體表現(xiàn)為中低頻中強振幅較連續(xù)波峰反射；(2)基準面內部的洪泛面，整體上表現(xiàn)為大段的泥巖沉積，GR曲線表現(xiàn)為低幅齒狀—平直型的特征。

根據(jù)上述在明下段內普遍發(fā)育的在鉆井以及測井中可被識別的層序界面，自下而上可將研究區(qū)新近系明下段劃分為1個長期基準面旋回和4個中期基準面旋回(見圖2)。

圖2 研究區(qū)明下段層序地層格架內砂體展布特征

2.2 沉積砂體發(fā)育特征

在等時層序地層格架建立的基礎上，分析儲集砂體分布及與不同級別基準面旋回變化的關系[5-7]。研究區(qū)層序地層格架內沉積砂體的發(fā)育具有如下特點：

(1)在MSC1中期基準面旋回內，湖平面表現(xiàn)為先上升后逐漸下降，該時期可容納空間較小，物源供給相對充分，垂向上多期河道疊置，整體表現(xiàn)“砂包泥”的特征，由于明下段沉積期湖底地形平坦，受湖平面水體波動變化的影響，錄井泥巖顏色顯示由下部紫紅色逐漸變?yōu)榫G灰色，測井曲線為鋸齒狀，自然伽馬曲線表現(xiàn)為箱型和鐘型，呈現(xiàn)高幅特征；沉積特征以發(fā)育淺水三角洲平原的水上分流河道和分流河道間為主，同時發(fā)育淺水三角洲前緣水下分流河道等沉積相，河道型砂體在垂直河道走向的地震剖面上往往表現(xiàn)為短而強的反射，形態(tài)呈頂平底凸的透鏡狀；而沿河道方向則表現(xiàn)為強而連續(xù)的反射，延伸距離較遠，該時期地層厚度普遍在130 m左右，而在B-4井區(qū)達到最厚約150 m。

(2)在MSC2中期基準面旋回內，湖平面表現(xiàn)為緩慢上升后快速下降，錄井泥巖顏色顯示由下部少量的紫紅(褐)色到上部大段的綠灰色沉積，整體表現(xiàn)為厚層泥巖夾薄層砂巖的特征，測井曲線表現(xiàn)為低幅齒狀—平直型特征，沉積相為淺水三角洲前緣水下分流河道和分流河道間到前淺水三角洲—濱淺湖沉積。具體而言，在基準面上升半旋回，可容納空間持續(xù)增加，沉積物供應逐漸減少，砂體呈退積結構，垂向上砂體沉積逐漸減薄，泥巖含量增加，在最大湖泛面處發(fā)育前淺水三角洲—濱淺湖的沉積特征；在基準面下降半旋回早期，沉積物供給增加，砂體呈現(xiàn)加積結構，受湖盆水體波浪影響，沉積主體為分流砂壩，砂體表現(xiàn)為席狀化的特點，呈朵狀、坨狀和片狀分布，橫向連續(xù)性較好，砂壩型砂體在地震剖面上表現(xiàn)為較強振幅反射，在平面呈片狀或朵葉狀展布。在基準面下降半旋回中晚期可容納空間逐漸減小，沉積物供給逐漸增加，砂體呈現(xiàn)進積結構，向上砂體含量逐漸增加，仍以發(fā)育淺水三角洲前緣水下分流河道砂體為主，該時期地層厚度普遍在210 m左右，同樣在B-4井區(qū)達到最厚約230 m。

(3)在MSC3～MSC4中期基準面旋回內，湖平面持續(xù)下降，錄井泥巖顏色顯示為大段的紫紅(褐)色到黃褐色沉積，說明該時期水體較淺，處于半氧化半還原的環(huán)境，測井曲線表現(xiàn)為漏斗型及低幅齒狀型，砂體呈現(xiàn)持續(xù)進積結構；主要發(fā)育淺水三角洲平原水上分流河道和分流河道間沉積。該時期地層厚度在B-3井區(qū)最厚約410 m。

總之，在中期基準面旋回內沉積物供給和可容納空間的變化對儲集砂體的發(fā)育具有明顯的控制作用，在基準面上升半旋回早期和下降半旋回中、晚期為砂體發(fā)育的有利部位。

3 區(qū)域油氣分布及成藏因素分析

3.1 油氣分布特征

黃河口凹陷主要發(fā)育沙三段、沙一段—沙二段和東三段3套主力烴源巖[8]。通過生烴史模擬表明研究區(qū)油氣主要來自古近系沙河街組湖相暗色泥巖，而淺層明化鎮(zhèn)組發(fā)育的砂體為油氣聚集提供了有利的儲集空間。通過分析研究區(qū)油氣分布特征可知，平面上油氣主要位于B-1、B-3、B-4和B-6井區(qū)；從層序地層格架內油氣分布的結果來看，縱向上油氣主要分布在中期基準面旋回上升半旋回的早期和下降半旋回的中晚期，該時期砂體較發(fā)育，相應的含油氣砂體規(guī)模也較大。

3.2 區(qū)域油氣成藏因素分析

3.2.1 構造背景控制油氣分布格局

油氣成藏是潛力存在的基本條件，因此區(qū)域油氣成藏條件分析有助于開展局部的潛力研究。在黃河口凹陷，構造背景控制了油氣的運移方向，緊鄰生烴洼陷的正向構造帶是油氣運移聚集的有利地區(qū)[9]。研究區(qū)新近系整體受近東西向邊界斷層控制，表現(xiàn)為西高東低長而寬緩的斜坡，是油氣運移的主要指向區(qū)之一，來自黃河口凹陷西次洼的油氣經(jīng)斷裂、不整合面以及滲透性砂體等進行運移，進而在研究區(qū)不同區(qū)塊之間成藏。

3.2.2 次級斷裂控制油氣晚期再分配

黃河口凹陷新近系油氣藏具有近源、晚期和快速成藏的特點。其油氣充注時間主要在明下段沉積時期之后，而次級斷裂對來自古近系沙河街組烴源巖的油氣運移聚集成藏具有晚期調節(jié)再分配作用[10]。研究區(qū)受郯廬走滑斷裂帶和晚期新構造運動的影響，斷裂非常發(fā)育，其中北部邊界斷層為長期活動斷層，走向近東西向，次級斷裂走向大部分與邊界斷層平行或低角度斜交，個別斷層與邊界斷層較大角度斜交，這樣早期邊界斷層和晚期斷裂貫通深、淺層，溝通古近系烴源巖與新近系儲層，促使油氣向淺層運移聚集成藏(見圖3)。

圖3 研究區(qū)油氣運移剖面示意(剖面走向見圖1)

3.2.3 斷-砂耦合控制油氣富集程度

前人研究表明，在斷裂-砂體復式輸導體系下，可以形成斷塊、斷背斜、斷層遮擋等油氣藏，斷裂與砂體耦合，更多的是形成在構造背景下的斷層-巖性油氣藏[11]。彭文緒等提出新近系河道砂體與油源斷層在剖面上可形成正向正斷層式、反向正斷層式、反屋脊式和屋脊式4種斷層-巖性組合樣式，其中反屋脊式對淺層油氣的聚集最為有利[12]。對于研究區(qū)已鉆成藏砂體分析表明，多數(shù)與油源斷層呈“反屋脊式”接觸關系，且砂體與斷層的接觸面積越大油氣充滿度越高。因此，在砂體和斷層發(fā)育且活動性強的構造內，油氣充注能力強，富集程度高。

綜上所述，宏觀上研究區(qū)油氣分布受斷裂控制，邊界斷層F1和反向深大斷層F2控制了油氣“垂向貫通式”運移模式，次級斷裂進行晚期調節(jié)再分配；微觀上油氣的富集受砂體發(fā)育程度的影響，而砂體發(fā)育程度受基準面旋回變化的控制，進而影響油氣富集的層位。明下段主要表現(xiàn)為厚層泥巖夾砂巖的沉積特征，淺水三角洲前緣砂體席狀化程度高，橫向連通性較好，濱淺湖相泥巖厚度穩(wěn)定，分布范圍廣，可作為良好的封堵蓋層，與淺水三角洲前緣砂體形成有利的儲蓋組合，為油氣成藏提供優(yōu)越的條件。

4 巖性圈閉精細刻畫及其應用效果

4.1 已鉆含油氣砂體地震響應特征

(1)理論和實驗研究表明，地震波在地下巖層介質中傳播時會造成地震波振幅的衰減，同時也造成高頻成分的損失，其衰減程度受其溫壓、所含流體性質、流體飽和度、巖石組分和結構等因素的影響。當儲層含流體時，油氣層與水層相比，有更強烈的衰減作用[13]。通過統(tǒng)計研究區(qū)已鉆油氣層和水層的頂?shù)酌嬲穹戎?，可以得出其界限大致?.5(見表1)，這對于該區(qū)的潛力砂體含油氣性預測提供了一定的參考范圍。

(2)研究表明當?shù)貙涌紫吨兴黧w性質不同時，其對應的地震響應記錄特征具有一定差異，而亮點技術對油氣層的響應具有較好的應用效果[14-15]。對于在正極性地震剖面上，氣層低速層在地震剖面上表現(xiàn)為由強波谷分隔的雙軌地震反射[16]。

統(tǒng)計全油田8口評價井和23口開發(fā)井鉆遇的69個砂層，分析表明含氣砂層(氣層、頂氣底油、頂氣底水)中有70%具有強波谷加復波峰的特征，含油砂層(油層、頂油底水)中有67%具有強波谷加復波峰的特征，含水砂層中僅有14%具有此特征(見圖4)，據(jù)此特征對于進一步鎖定目標砂體提供了方向。

4.2 應用效果

通過對已鉆含油氣性砂體平面和垂向的分布位置以及地震響應特征進行分析，在層序地層格架模式指導下，采取平剖相結合的方式對巖性圈閉砂體進行精細描述，具體做法為：

(1)地層切片搜索，根據(jù)明下段基準面旋回內不同時期砂體發(fā)育特征選取合適的時窗進行大范圍的搜索，重點針對已鉆含油氣砂體同期沉積的潛力砂體分析其發(fā)育規(guī)模和展布范圍(見圖5a)。

(2)地震屬性分析采用多種地球物理手段，以地震反演數(shù)據(jù)體為主，結合常規(guī)地震對有利砂體進行精細解釋(見圖5b～5d)。

(3)優(yōu)選砂體，多層串聯(lián)。在平面上對潛力砂體追蹤刻畫范圍的同時縱向上盡可能地兼顧相互疊置的砂體數(shù)量，從而優(yōu)化井位部署，落實砂體潛力(見圖5e～5f)。

通過上述地質-地震綜合研究，針對研究區(qū)潛力砂體部署評價井獲得成功(如在10D-1 579 m砂體鉆遇15.5 m的油氣層)，新增探明石油地質儲量近500×104m3。

表1 研究區(qū)明細段厚層砂體頂?shù)酌娴卣鹫穹y(tǒng)計

圖4 研究區(qū)典型含油氣層段地震響應特征剖面

圖5 研究區(qū)巖性圈閉精細刻畫

5 結論

(1)研究區(qū)新近系明下段明化鎮(zhèn)組可以劃分為1個長期和4個中期基準面旋回，基準面旋回內沉積物供給和可容納空間的變化對儲集砂體的發(fā)育具有明顯的控制作用，在基準面上升半旋回早期和下降半旋回中、晚期為砂體發(fā)育的有利部位，同時該時期含油氣砂體的規(guī)模相對也較大。

(2)構造背景控制了油氣分布的格局，緊鄰生烴洼陷的正向構造帶是油氣運移聚集的有利地區(qū)；縱貫深層的斷裂直接溝通古近系烴源巖和新近系儲層促使油氣向淺層垂向運移，而次級小斷裂對淺層油氣進行晚期調節(jié)再分配；斷層與砂體的耦合則控制了油氣富集的程度，砂體與油源斷層呈“反屋脊式”接觸關系最有利于油氣聚集，且砂體與斷層的接觸面積越大油氣充滿度越高。

(3)通過對已鉆含油氣性砂體平面和垂向的分布位置以及地震響應特征進行分析，在層序地層格架模式指導下，采取平剖相結合的方式實現(xiàn)了對研究區(qū)巖性圈閉砂體的識別和精細刻畫，評價井鉆探的成功進一步說明該技術對于本區(qū)具有一定的指導意義。